CN102839643A - 一种土体试样的采取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土体试样的采取方法。设置一种环状取土器卡口包括卡刀支架、卡刀、传动装置和连接装置，卡口整体呈中环状圆柱体状，其中卡刀支架位于圆柱体下部；环形布置的多片卡刀置于卡刀支架之内，呈等角度分布，通过卡刀转轴限定位置，并通过传动装置制动以控制卡刀环状开合；传动装置位于卡刀支架之上；连接装置位于传动装置顶部，呈螺旋状接口。环状取土器卡口的螺旋状接口加装加装尺寸合适的转接环后安装于钻机的钻杆或薄壁取土器上，钻至所需深度后通过控制卡刀由打开状态至闭合状态的转换进行取土。本发明采用环向均匀受力剪切机理，减少土体扰动，方便了解土体原位形态和土体力学性质，且操作便捷、简单，提高土体试样采取成功率。

Description

一种土体试样的采取方法

技术领域

本发明所属技术领域为岩土工程试验领域，特别涉及一种土体试样的采取方法。

背景技术

土工试验是测定土体的性质的一种常用试验方案，其土体试样采用经切割后满足尺寸要求的钻探或槽探所取得的土块；目前，常用的土体试样采取流程：用钻探机具钻至预定深度土层中，使用普通的取土器采取一个大的土体试样；对于土体，通常在钻掘中依靠钻具内壁的扭转力距将其与原土体旋转剪断，之后再将土体运回并采用钢丝锯和切土器等专用工具将其切削修整至所需要的规格。

当前常用的方法存在以下不足：由于其剪断原理为依靠内壁的摩擦力对钻具内土样施加一定的扭转力矩，土体作为一种各向异性的弹塑性体，在这个过程中其剪断面上方及侧翼会受到较大的扰动，易因此而形成贯通的软弱面，破坏土体原有结构，从而会很大程度上影响土体试样后续测试的试验数据。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种土体试样的采取方法；该方法借助一种环状取土器卡口装置，可减小土体试样制备过程中钻杆对试样的扰动，并提高土体试样采取成功率。

具体步骤为：

(1)设置一种环状取土器卡口，包括卡刀支架、卡刀、传动装置和连接装置，环状取土器卡口整体结构呈中环状圆柱体状，其中卡刀支架位于圆柱体下部；环形布置的多片卡刀置于卡刀支架之内，呈等角度分布，通过卡刀转轴限定位置，并通过动力装置制动，以控制卡刀环状开合；传动装置位于卡刀支架之上，其包括环形传动片、电动机和环形直流电源，电动机驱动齿轮与卡刀支架环形传动片弧形锯齿开孔相吻合；连接装置是位于传动装置顶部的螺旋状接口，用于加装不同尺寸的转接环。

所述卡刀支架为整体环状U型截面设计，卡刀支架分为上层、侧壁及下层；卡刀支架侧壁用于连接上下层支架并保护卡刀；卡刀支架上层自下而上开有一组对应于卡刀数量且用于固定卡刀转轴的圆形孔洞，以及一组用于卡刀连杆限位和移动的弧形孔洞；卡刀支架下层为实心环，可安装刀片用于土体钻进切削。

所述卡刀采用弧形单刃刀片组平均分布于环状卡刀支架上，前一片弧形单刃刀片与后一片弧形单刃刀片在取土器卡口处于打开状态时呈鱼鳞状重叠，取土器卡口处于闭合状态时呈微倾斜部分重叠状态；卡刀仅在卡口环内侧开刃，卡刀弧度与卡刀支架圆环弧度相同，在取土器卡口处于打开状态时恰能完全隐藏于卡刀支架之中；卡刀转轴位于卡刀末端，卡刀与卡刀转轴采用刚性连接，卡刀转轴上端置于卡刀支架的圆形孔洞之中，卡刀以卡刀转轴为轴心转动；卡刀悬臂固定端与卡刀上表面采用刚性连接，卡刀悬臂的前端连接卡刀悬臂固定端，末端连接卡刀连杆，卡刀悬臂的厚度为卡刀的一半，并镶入卡刀之中；卡刀悬臂用于带动卡刀的伸出与收回。

所述环形传动片布置于卡刀支架上表面，开孔位置与卡刀连杆吻合，且环形传动片上有一弧形锯齿开孔与电动机驱动齿轮吻合用于接受电动机的驱动齿轮的驱动。

所述环形直流电源是充电电池呈环状串联置于传动装置内部。

(2) 将步骤(1)所述环状取土器卡口的螺旋状接口加装尺寸合适的转接环后安装于钻机的钻杆或薄壁取土器上，钻至所需深度后进行取土，控制环形直流电源对电动机供正向电流，电动机通过转轴和驱动齿轮带动环形传动片转动，环形转动片的转动带动所有的卡刀连杆做圆弧轨迹运动，在卡刀转轴的限制下，卡刀连杆的圆弧轨迹运动使卡刀悬臂伸出，卡刀悬臂前段的卡刀悬臂固定端带动卡刀整体旋转出卡刀支架的U型凹槽；当卡刀连杆运动至弧形孔洞的末端，卡刀停止伸出，完成由打开状态至闭合状态的转换，所取的土体试验被卡刀卡断；之后将钻机钻杆或薄壁取土器提出地表，再控制环形直流电源对电动机供反向电流，电机反转，从而带动卡刀缩回卡刀支架的U型凹槽之中，装置由闭合状态转换至打开状态，将土体试样倒出，即完成土体试验的采取。

与传统的土体试样采取方法不同，本发明使用环状取土器卡口辅助取样，具有如下优点：

(1)本方法采用环向均匀受力的剪切机理，大大减少土体在剪切过程中受到的因侧壁摩擦扭矩造成的扰动，方便了解土体原位形态和土体力学性质。

(2)采用环形卡口切割土体，通过多片卡刀收缩孔径，达到切削和取土的效果，对于淤泥质土及砂土也能达到较好的土芯采取效果。

(3)本方法所使用的环状取土器卡口在传动装置顶部留有螺旋状接口，方便加装不同尺寸的转接环，从而适应不同的工程需要，具有工程易用性和通用性。

(4)本方法操作便捷、简单，取土时卡刀闭合，取土之后进行取样时，仅需打开卡刀，即可取出土样，可提高土体试样采取效率。

(5)本方法所使用环状取土器卡口使用可充电电池作为驱动力，环保节能。

附图说明

图1为本发明所用环状取土器卡口装置卡刀闭合状态示意图。

图2为本发明所用环状取土器卡口装置卡刀打开状态示意图。

图3为本发明所用环状取土器卡口装置传动结构示意图。

图4为本发明所用环状取土器卡口装置总体结构剖面示意图。

图中标记：1-卡刀支架；2-卡刀转轴；3-卡刀；4-卡刀悬臂；5-卡刀连杆；6-卡刀悬臂固定端；7-环形传动片；8-弧形孔洞；9-电动机；10-环形直流电源；11-螺旋状接口。

具体实施方式

    实施例：

(1)设置一种环状取土器卡口，包括卡刀支架、卡刀、传动装置和连接装置，环状取土器卡口整体结构呈中环状圆柱体状，其中卡刀支架位于圆柱体下部；环形布置的多片卡刀置于卡刀支架之内，呈等角度分布，通过卡刀转轴限定位置，并通过动力装置制动，以控制卡刀环状开合；传动装置位于卡刀支架之上，其包括环形传动片、电动机和环形直流电源，电动机驱动齿轮与卡刀支架环形传动片弧形锯齿开孔相吻合；连接装置是位于传动装置顶部的螺旋状接口，用于加装不同尺寸的转接环。

所述卡刀支架为整体环状U型截面设计，卡刀支架分为上层、侧壁及下层，卡刀支架侧壁用于连接上下层支架并保护卡刀；卡刀支架上层自下而上开有一组对应于卡刀数量且用于固定卡刀转轴的圆形孔洞，以及一组用于卡刀连杆限位和移动的弧形孔洞；卡刀支架下层为实心环，可安装刀片用于土体钻进切削。

所述卡刀采用弧形单刃刀片组平均分布于环状卡刀支架上，前一片弧形单刃刀片与后一片弧形单刃刀片在取土器卡口处于打开状态时呈鱼鳞状重叠，取土器卡口处于闭合状态时呈微倾斜部分重叠状态；卡刀仅在卡口环内侧开刃，卡刀弧度与卡刀支架圆环弧度相同，在取土器卡口处于打开状态时恰能完全隐藏于卡刀支架之中；卡刀转轴置于卡刀末端，卡刀与卡刀转轴采用刚性连接，卡刀转轴上端置于卡刀支架的圆形孔洞之中，卡刀以卡刀转轴为轴心转动；卡刀悬臂固定端与卡刀上表面采用刚性连接，卡刀悬臂的前端连接卡刀悬臂固定端，末端连接卡刀连杆，卡刀悬臂的厚度为卡刀的一半，并镶入卡刀之中；卡刀悬臂用于带动卡刀的伸出与收回。

所述环形传动片布置于卡刀支架上表面，开孔位置与卡刀连杆吻合，且环形传动片上有一弧形锯齿开孔与电动机驱动齿轮吻合用于接受电动机的驱动齿轮的驱动。

所述环形直流电源是充电电池呈环状串联置于传动装置内部。

(2)将步骤(1) 所述环状取土器卡口的螺旋状接口加装尺寸合适的转接环后安装于钻机的钻杆上，钻进至所需深度后进行取土，控制环形直流电源对电动机供正向电流，电动机通过转轴和驱动齿轮带动环形传动片转动，环形转动片的转动带动所有的卡刀连杆做圆弧轨迹运动，在卡刀转轴的限制下，卡刀连杆的圆弧轨迹运动使卡刀悬臂伸出，卡刀悬臂前段的卡刀悬臂固定端带动卡刀整体旋转出卡刀支架的U型凹槽；当卡刀连杆运动至弧形孔洞的末端，卡刀停止伸出，完成由打开状态至闭合状态的转换，所取的土体试验被卡刀卡断；之后将钻机的钻杆提出地表，再控制环形直流电源对电动机供反向电流，电机反转，从而带动卡刀缩回卡刀支架的U型凹槽之中，装置由闭合状态转换至打开状态，将土体试样倒出，即完成土体试验的采取。

Claims (1)

1.一种土体试样的采取方法，其特征在于具体步骤为：

(1)设置一种环状取土器卡口，包括卡刀支架、卡刀、传动装置和连接装置，环状取土器卡口整体结构呈中环状圆柱体状，其中卡刀支架位于圆柱体下部；环形布置的多片卡刀置于卡刀支架之内，呈等角度分布，通过卡刀转轴限定位置，并通过动力装置制动，以控制卡刀环状开合；传动装置位于卡刀支架之上，其包括环形传动片、电动机和环形直流电源，电动机驱动齿轮与卡刀支架环形传动片弧形锯齿开孔相吻合；连接装置是位于传动装置顶部的螺旋状接口，用于加装不同尺寸的转接环；

所述卡刀支架为整体环状U型截面设计，卡刀支架分为上层、侧壁及下层；卡刀支架侧壁用于连接上下层支架并保护卡刀；卡刀支架上层自下而上开有一组对应于卡刀数量且用于固定卡刀转轴的圆形孔洞，以及一组用于卡刀连杆限位和移动的弧形孔洞；卡刀支架下层为实心环，安装刀片用于土体钻进切削；

所述卡刀采用弧形单刃刀片组平均分布于环状卡刀支架上，前一片弧形单刃刀片与后一片弧形单刃刀片在取土器卡口处于打开状态时呈鱼鳞状重叠，取土器卡口处于闭合状态时呈微倾斜部分重叠状态；卡刀仅在卡口环内侧开刃，卡刀弧度与卡刀支架圆环弧度相同，在取土器卡口处于打开状态时恰能完全隐藏于卡刀支架之中；卡刀转轴位于卡刀末端，卡刀与卡刀转轴采用刚性连接，卡刀转轴上端置于卡刀支架的圆形孔洞之中，卡刀以卡刀转轴为轴心转动；卡刀悬臂固定端与卡刀上表面采用刚性连接，卡刀悬臂的前端连接卡刀悬臂固定端，末端连接卡刀连杆，卡刀悬臂的厚度为卡刀的一半，并镶入卡刀之中；卡刀悬臂用于带动卡刀的伸出与收回；

所述环形传动片布置于卡刀支架上表面，开孔位置与卡刀连杆吻合，且环形传动片上有一弧形锯齿开孔与电动机驱动齿轮吻合用于接受电动机的驱动齿轮的驱动；

所述环形直流电源是充电电池呈环状串联置于传动装置内部；

(2) 将步骤(1)所述环状取土器卡口的螺旋状接口加装尺寸合适的转接环后安装于钻机的钻杆或薄壁取土器上，钻至所需深度后进行取土，控制环形直流电源对电动机供正向电流，电动机通过转轴和驱动齿轮带动环形传动片转动，环形转动片的转动带动所有的卡刀连杆做圆弧轨迹运动，在卡刀转轴的限制下，卡刀连杆的圆弧轨迹运动使卡刀悬臂伸出，卡刀悬臂前段的卡刀悬臂固定端带动卡刀整体旋转出卡刀支架的U型凹槽；当卡刀连杆运动至弧形孔洞的末端，卡刀停止伸出，完成由打开状态至闭合状态的转换，所取的土体试验被卡刀卡断；之后将钻机钻杆或薄壁取土器提出地表，再控制环形直流电源对电动机供反向电流，电机反转，从而带动卡刀缩回卡刀支架的U型凹槽之中，装置由闭合状态转换至打开状态，将土体试样倒出，即完成土体试验的采取。

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